第九章4一工厂中采用 0.1MPa 的饱和水蒸气在金属竖直薄壁上凝结，对置于壁面另一侧的物体进行加热处理。已知竖壁与蒸汽接触的表面的平均壁温为 70 ，壁高 1.2m，宽 300 mm。在此条件下，一被加热物体的平均温度可以在半小时内升高 30，试确定这一物体的平均热容量(不考虑散热损失 )。解:本题应注意热平衡过程，水蒸气的凝结放热量应等于被加热物体的吸热量。P=0.1Mpa=105Pa,ts=100,r=2257.1kJ/kg, t m= ( ts+ tw)= (100+70) =85。21查教材附录 5，水的物性为：=958.4kg/m 3;=0.683 W(m 2);=282.510 -6Ns/m2假设流态为层流： 4132)(1.wstlrghW(m 2)416332 )701(.05.82589. =5677 W(m 2)=12820=273K 的条件。已知：,h=28W(m 2),0.1,T2=70=203K。0.12,X212,1)(AXEbr )(4TAb4418 )203()7(067.5=218.62A1空气对露水的加热量为： )(8111TAThfcv273(2f因为： cvr则： 1164.8)73(28ATAf空气必须具有的最低温度为：T f=280.8K7.8 第十二章10一根横穿某大车间的水平蒸汽输送管，外径 d2=50mm，表面温度 tw2=150 。管外包有一层厚 75mm 的保温材料，其导热系数 0.11w (m )，发射率 0.6。现已测得保温层外表面温度 tw3=40 ，车间空气温度 tf22，车间壁面温度 tw4=20。试求：蒸汽输送管单位管长的热损失 q1；保温层外表面的辐射换热表面传热系数；保温层外表面与空气间的自然对流表面传热系数。解:本题属于复合换热问题，保温层外表面以辐射换热和对流换热方式传递热量。求 :lqmWdtwl /5072ln1.432ln132 mW/8.54求 ：rh443343 )10()()( wbbr TCdEdmW/)27()1027(6.5201. 44mW/.47)(3fwrtdh故 W(m 2 )40(2.167)(3 frrt=4.21 W(m 2)求 ch333 )()( dthtdqfwcrfwl W(m 2)1.4201.)240(85)(33 rflcth=0.64 W(m 2)11.一块边长为 0.2m 的正方形电热板，表面发射率 =0.6，该板水平悬吊在室温为 20的大房间内，通电加热稳态后测得电热板表面温度为 60，大房间壁温为 17。试求：电热板表面的对流换热量；辐射换热表面传热系数；电热板消耗的功率。解：求 c定性温度 。查空气的物性：Cttfwm 40)260(1)(2， , 。s/1096. /(7.mWo69.rp131095.273401KKTm12332 6.69.048. rrPtlgG7104.查教材表 8.6，上表面加热：c=0.15, ;下表面加热：c=0.58, 。3n51n故上表面：5.42901.)(15.03rPGNu)/(6)/(.764221 CmWlh oo下表面.1)(58.032rPGNu)/(4.2)/(2.076422 Cmlh ooWAtfwc .13.04.)(21 求 rh TACwbr 2.14)9.(3.(2.0675.2)10()(2 444 )/(.)(2.)( 22CmWthfwrr o=4.44 /CmWo求电功率 P:Pcr 6.27)4.132.(12某火墙采暖房间平面尺寸为 6m4m，房间高 4m，火墙面积为 4m 4m，墙表面为石灰粉刷，发射率 =0.87，已知表面温度 tw=40，室温 tf16 ，顶棚、地板及四周壁面的发射率相同，温度亦为 16。求该火墙总散热量，其中辐射散热所占比例为多少?解:火墙房间平面示意如图。由于除火墙外的其余 5 个表面均具有相同的温度和发射率，因此在辐射换热计算时可视为表面 2。，2164mA 221)4(mA求 r WATCAXEwbbr 1084)(10)1(1 242422,1 求 c属大空间自然对流换热。定性温度 。查空气的物性：Cttfwm 28)1640(2)(1， , 。s/08.1526 /(5.mWo7014.rp1310.73KKTm12332 8.57014.)64(9. rrPtlgG104.查教材表 8.6，属湍流： c=0.1, 3n25.19)(1.3rPGNu )/(45.3)/(41065.219 222 CmWClNuhc ooAtfwc 16)(.3)(1求 :Wcr 2409)5084(%5.13.一所平顶屋，屋面材料厚 0.2m ，导热系数 =0.60W(m)，屋面两侧的发射率 均为 0.9。冬初，室内温度维持 tf118，室内四周壁面温度亦为 18，且它的面积远大于顶棚面积。天空有效辐射温度为60，室内顶棚对流换热表面传热系数h10.592W(m 2)，屋顶 h221.1W(m 2)。问当室外气温降到多少度时，屋面即开始结霜(t w20)，此时室内顶棚温度为多少?本题是否可算出复合换热表面传热系数及其传热系数?解; 求室内顶棚温度 ：1wt稳态时由热平衡，应有如下关系式成立：室内复合换热量 =屋面导热量 室外复合换热量 但 4140111 )()()( wbwf TCAth式中： 为四周壁面温度，由题意知 。0wTf0，由 ，结霜时 ，所以：121)(tw2wt)0()10()(1440111 wbf tTCAth144011 )()(htTt wbwf 整理得：401141 )()()0( wbfwwb TCthhC441 )102738(59.68592.06592.67 tT3.)0(81wwt列表计算如下：解得：t w1=11.6。求室外气温 ：2ft 4421222 )10()()( skywbfw TCAth由 可得： 44221 )()10(skywbfwTtt124422)()(wskybf thhCt CCooo8.6 6.0)3.()7.(159.044 求复合换热表面传热系数 和 ：1th2t注意到传热方向即可求得复合换热表面传热系数和传热系数。 )()0()1( 14140 wfrwbr tTCq故 )(1441wfbrthW(m 2)6.8(2(97.5044=4.866 w (m2) )/(458.)/().4.( 221 CmCmhrct oo同理：W(m 2 )37.26)(102442 fwskybrtTCh)/(137.5)/()237.61( 2222 CmWCmhhrrct oo求传热系数：W(m 2)137.56.048.512tthk=3.1 W(m 2)14某设备的垂直薄金属壁温度为 tw1350，发射率 10.6。它与保温外壳相距 230 mm，构成一空气夹层，夹层高 H=1m。保温材料厚 3 20mm，导热系数3=0.65W(m)。它的外表向温度 tw3=50，内表面 20.85。夹层内空气物性为常数：0.04536 W(m)、=47.8510 -6m2s，Pr07。试求解通过此设备保温外壳的热流通量及金属壁的辐射换热表面传热系数。解：空气夹层及保温层如图。热平衡方程为：通过空气夹层的辐射换热量 qr+对流换热量 qc通过保温层的导热量 qcd即)()(13232121 wwcb tthE本题由于 未知，需进行假设计算。设 170，则:wt 2wt,Cttm 60)17350(2)(21 130876.1KTm41233231 107.2085.47.)(98.)( rwr PtgPG查教材表 8.7， c=0.197, , ,则1mn 716.0861297.0)(197.014 HPGNur)/(59.)/(3.56. 22 CmWClhe oo 22323 /30/)017(.0)(tqwc 2244 /5/185.067.5 mWr22/3916/)43(qrc 误差 %4.0.916故 =170，假设正确。本题热平衡方程中仅有 未知，也可由热平衡方程通过试2wt 2wt算法求出 。 22/3916/)46350( mWqrc )/(7.)/(0172221 CCthwrr oo18. 90的水进入一个套管式换热器，将一定量的油从 25加热到 47.25，热流体离开换热器时的温度为 44.5。求该换热器的效能和传热单元数。解：教材图 12.7 已经给出了套管式换热器的示意图，一种流体在管内流动，另一种流体在两管间的环形空间内流动，其流动只有顺利和逆流方式。 )()(2211 tcMtcpp 5.475.49021.5ppcc故 ，045.12pMmin1)(pp7.921t 489.021prcMC套管式换热器，由于 ，可以肯定其流型为逆流，则：12t)1(exp1rrCNTUCrr)(故 536.1489.017ln1lnrCNTU21. 某套管式换热器，内管内径为 100 mm，外径为 108mm，其导热系数 36W(m) 。热介质在内管内流过，温度从 60 降低到 39，表面传热系数 h1=1000 W(m 2)；质量流量为 0.2kgs 的冷水在套管间(内管外) 流过，温度从 15被加热到 40，表面传热系数 h2=1500 W(m 2)。试求：该换热器的管长；换热器最大可能传热量；该换热器的效能；传热单元数。解：求管长 ：l12121)n( dhdhkl )/()108.43508ln36.04.3 CmWo )/(82CmWotcMp 29)14(872. 因 ，流型必然为逆流12tCo0)460(tt 253921tmoo94.10lnl，故lkmtkml 24.5.823求 ：max,，故 in2)(ppMc95160421tW378590max求 NTU:84.015396)(21maxintMcCpr由 )(e1rrCNTU推得： 142.8.0156lnl rrNT26. 一逆流式套管换热器，其中油从 100 冷却到 60 ，水由 20 被加热到 50，传热量为 2.5104w，传热系数为 350 W(m 2)